佘宇晨　陳彩虹　常雙雙

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

尖峰嶺林區(qū)不同海拔的森林景觀特征及其適宜粒度分析

佘宇晨1陳彩虹2常雙雙1

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

以海南尖峰嶺林區(qū)森林景觀為研究對(duì)象，利用DEM和2013年森林資源清查數(shù)據(jù)，分別對(duì)林區(qū)森林景觀二維和三維的景觀特征和景觀適宜粒度進(jìn)行分析。結(jié)果如下：混交林是林區(qū)優(yōu)勢(shì)森林景觀，分布較廣，喬木林地斑塊數(shù)量最多，竹林地和苗圃地是劣勢(shì)森林景觀，苗圃地比竹林地分布集中；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換對(duì)森林景觀面積和斑塊數(shù)量有影響，混交林地和喬木林地變化最大；竹林地、苗圃地和無(wú)立木林地斑塊數(shù)量沒(méi)有發(fā)生變化，但竹林地和苗圃地的面積卻減少，無(wú)立木林地面積增大；灌木林地主要分布在海拔300～500 m，混交林地主要分布在海拔500～700 m，喬木林地主要分布在海拔300～500 m，苗圃地全部分布在海拔0～300 m，無(wú)立木林地主要集中分布在海拔300～500 m，宜林地在海拔0～300 m分布最多，竹林地在海拔300～500 m分布最多；地形對(duì)尖峰嶺林區(qū)景觀適宜粒度幾乎無(wú)影響，尖峰嶺林區(qū)適宜景觀分析粒度為海拔150 m。該結(jié)果為科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理尖峰嶺林區(qū)森林資源提供參考依據(jù)。

不同海拔；森林景觀；適宜粒度；尖峰嶺林區(qū)

森林景觀是以不同景觀類(lèi)型構(gòu)成的森林生態(tài)系統(tǒng)為主體的生態(tài)景觀［1-2］?；贒EM對(duì)森林景觀特征進(jìn)行研究，為了科學(xué)認(rèn)知和理解森林景觀的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化和功能特征，從而科學(xué)揭示不同森林景觀之間的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林景觀高效有序的管護(hù)。目前，森林景觀特征以及適宜景觀粒度的研究主要有空間統(tǒng)計(jì)定性分析法和景觀指數(shù)量化分析法，其中，景觀指數(shù)量化分析法是以高度濃縮景觀空間格局的信息景觀指數(shù)來(lái)反映森林景觀的空間分布特征，因此，在森林景觀特征中廣泛應(yīng)用［3-4］。隨著海南生態(tài)省、國(guó)際旅游島等戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，對(duì)海南島森林景觀影響顯著。本研究以海南尖峰嶺林區(qū)森林景觀為對(duì)象，利用DEM和2013年森林資源清查數(shù)據(jù)，分別對(duì)林區(qū)森林景觀二維和三維的景觀特征和景觀適宜粒度進(jìn)行分析。

1　研究區(qū)概況

海南省尖峰嶺林區(qū)地跨樂(lè)東縣和東方市，北部與東方市接壤，南部、西部和東部與樂(lè)東縣相鄰。位于東經(jīng)108°46′04″～109°02′43″，北緯18°38′13″～18°52′30″。尖峰嶺屬熱帶季風(fēng)氣候，氣候垂直差異大。太陽(yáng)輻射年總量5 571.5 MJ/m2，沿海平原年均氣溫25～26℃。最冷月多為1月份，月平均氣溫15～20℃；最熱月多為7月份，月平均氣溫22～31℃。山區(qū)＞10℃以上的年有效積溫為7 000℃左右，平原區(qū)為9 000℃以上。尖峰嶺林區(qū)最低海拔50 m，最高海拔1 400 m，林木覆蓋率為99.08%［5-6］。

2　研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源主要為2013年海南省尖峰嶺林區(qū)資源清查數(shù)據(jù)、30 m精度的DEM數(shù)據(jù)和1∶10 000地形圖，在Arc GIS 10.2中將小斑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成30 m× 30 m的TIFF格式，用DEM與森林景觀分布圖疊加分析［5］，定量化分析森林景觀在不同海拔高度的空間分布特征。將森林景觀柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats 4.2中，分別用類(lèi)型和景觀水平計(jì)算二維情況下森林景觀的景觀特征，以及三維情況下區(qū)域森林景觀的景觀特征和適宜景觀粒度。

依據(jù)當(dāng)前森林景觀相關(guān)研究成果和海南省二類(lèi)資源調(diào)查技術(shù)規(guī)范，將研究區(qū)森林景觀劃分為8種類(lèi)型，分別為喬木林地、宜林地、無(wú)立木林地、未成林造林地、混交林地、灌木林地、竹林地和苗圃［7-10］?；贒EM的森林景觀分布特征和景觀適宜粒度對(duì)尖峰嶺林區(qū)森林景觀進(jìn)行研究，高程劃分主要根據(jù)田婉婷等人的研究成果，按照200 m間隔進(jìn)行劃分，共劃分成為7個(gè)等級(jí)［11］，見(jiàn)表1。

表1　尖峰嶺林區(qū)高程等級(jí)劃分Tab1e 1　E1evation grade division in Jianfeng1ing forest

2.2數(shù)據(jù)處理模型

景觀格局通常用景觀指數(shù)粒度效應(yīng)和面積信息守恒法進(jìn)行定量分析，主要針對(duì)景觀空間粒度變化和面積信息精度進(jìn)行分析。本研究主要選擇徐芝英等學(xué)者提出的改進(jìn)型景觀面積損失精度評(píng)價(jià)指數(shù)模型進(jìn)行定量評(píng)價(jià)分析［10］，模型如下：

其中，Li為i類(lèi)森林景觀面積損失相對(duì)值，Ai為i類(lèi)森林景觀粒度化后面積；Abi為i類(lèi)森林景觀粒度化前面積；S為區(qū)域森林景觀面積變化指數(shù)；n表示區(qū)域森林景觀類(lèi)型數(shù)目。S值越大，表明區(qū)域各類(lèi)森林景觀面積變化越大，粒度化后森林景觀類(lèi)型精度越差；反之，粒度化后森林景觀類(lèi)型精度就越高。

3　結(jié)果與分析

3.1景觀特征分析

尖峰嶺林區(qū)主要包括8種森林景觀類(lèi)型，分別為喬木林地、宜林地、無(wú)立木林地、未成林造林地、混交林地、灌木林地、竹林地和苗圃地，矢量森林景觀特征見(jiàn)表2。由表2可知，基于矢量小班數(shù)據(jù)分析，尖峰嶺林區(qū)，混交林面積最大，占尖峰嶺林區(qū)總面積61.70%，斑塊數(shù)量較多，表明尖峰嶺林區(qū)生態(tài)保護(hù)較好，混交林是主要森林景觀類(lèi)型，且混交林分布較廣，破碎程度較嚴(yán)重。喬木林地面積較大，占尖峰嶺林地森林總面積37.63%，斑塊數(shù)量最多，表明尖峰嶺林區(qū)喬木林地分布較廣，且景觀破碎程度最嚴(yán)重。苗圃地面積占尖峰嶺林區(qū)森林景觀總面積0.03%，竹林地面積較小，僅26.48 hm2，占森林景觀總面積百分比與苗圃地相等，但斑塊數(shù)量20塊，是苗圃地近7倍，表明竹林地和苗圃地是尖峰嶺林區(qū)劣勢(shì)森林景觀，分布較少，且苗圃地比竹林地分布集中，竹林地破碎程度較高。

表2　尖峰嶺林區(qū)矢量森林景觀特征Tab1e 2　Vector characteristics of forest 1andscaPe in Jianfeng1ing forest

3.2二維景觀適宜粒度分析

森林景觀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)森林景觀特征產(chǎn)生一定影響。由表3可知，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化后，8種森林景觀分布特征整體變化較小。其中混交林地和喬木林是尖峰嶺林區(qū)優(yōu)勢(shì)森林景觀類(lèi)型，面積占區(qū)域總面積98%以上；竹林地和苗圃地是尖峰嶺林區(qū)劣勢(shì)森林景觀類(lèi)型，面積僅占區(qū)域森林景觀總面積0.06%。與矢量數(shù)據(jù)相比，混交林地和喬木林地斑塊數(shù)量大幅下降，面積相應(yīng)減少；竹林地、苗圃地和無(wú)立木林地斑塊數(shù)量無(wú)變化，與矢量數(shù)據(jù)小斑數(shù)量保持一致，但竹林地和苗圃地的面積減少，無(wú)立木林地面積增大。因此，隨著數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，對(duì)不同景觀類(lèi)型的面積、斑塊數(shù)量影響差異較大，對(duì)尖峰嶺優(yōu)勢(shì)景觀類(lèi)型影響較大，對(duì)劣勢(shì)森林景觀影響較小，甚至無(wú)影響。

表3　尖峰嶺林區(qū)二維森林景觀特征Tab1e 3　The characteristics of two-dimensiona1 forest 1andscaPe in Jianfeng1ing forest

森林景觀粒度變化，直接影響研究區(qū)景觀格局分析的精度。參考當(dāng)前學(xué)者的研究成果和研究需要，本研究在尖峰嶺林區(qū)森林景觀粒度分析過(guò)程中，以30 m為起始粒度，其整數(shù)倍為其他粒度選取準(zhǔn)則，即粒度間隔30 m，最大粒度300 m。將粒度不同的10幅柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats 4.2軟件，計(jì)算其相應(yīng)的景觀指數(shù)，分析10幅景觀指數(shù)變化趨勢(shì)確定研究區(qū)適宜粒度。二維景觀指數(shù)隨粒度變化情況見(jiàn)圖1。

圖1　二維景觀指數(shù)隨粒度變化情況Fig.1　The two-dimensiona1 1andscaPe index changed with different Partic1e size

由圖1可知，景觀粒度的不斷增加，斑塊密度、平均分維數(shù)、景觀多樣性指數(shù)和聚合度4個(gè)景觀指數(shù)折線出現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。斑塊密度和聚合度指數(shù)呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)，表明景觀粒度的增大，尖峰嶺林區(qū)森林景觀斑塊破碎化程度呈下降趨勢(shì)；景觀粒度的增加，導(dǎo)致平均分維數(shù)折線先下降后趨于穩(wěn)定，表明景觀粒度不斷增加，尖峰嶺林區(qū)森林景觀斑塊形狀趨于規(guī)則；隨著景觀粒度增加，景觀多樣性指數(shù)折線變化趨勢(shì)較復(fù)雜，整體趨勢(shì)不明顯，表明隨著景觀粒度增加，景觀類(lèi)型增加數(shù)量以及各景觀之間面積均衡化趨勢(shì)不明顯。4條景觀指數(shù)曲線變化趨勢(shì)各異，但折線中均出現(xiàn)明顯粒度轉(zhuǎn)折點(diǎn)。森林景觀矢量數(shù)據(jù)柵格化之后，景觀斑塊邊界和相鄰斑塊之間的特性及屬性發(fā)生變化，導(dǎo)致景觀指數(shù)出現(xiàn)各異變化趨勢(shì)。根據(jù)景觀粒度拐點(diǎn)分布情況，選定尖峰嶺林區(qū)森林景觀粒度為90～210 m，該粒度域內(nèi)存在能有效反映尖峰嶺林區(qū)森林景觀格局特征的適宜粒度。

由圖2可知森林景觀面積精度變化，粒度域?yàn)?0～210 m，當(dāng)柵格粒度介于90～150 m時(shí)，景觀面積信息精度損失指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，由4.99劇增至9.60，又下降至9.46；當(dāng)柵格粒度介于150～210 m時(shí)，景觀面積信息損失指數(shù)大幅上升至20.34。

圖2　不同粒度二維景觀類(lèi)型面積精度變化Fig.2　The Precision change of two-dimensiona1 1andscaPe area of different Partic1e size

在二維情況下，尖峰嶺林區(qū)不同粒度景觀指數(shù)折線分析和景觀面積信息損失精度表明：尖峰嶺林區(qū)適宜的森林景觀分析粒度為150 m，該粒度能準(zhǔn)確反映尖峰嶺林區(qū)森林景觀特征。

3.3三維景觀適宜粒度分析

尖峰嶺林區(qū)地形變化較大，森林景觀面積隨海拔分布特征見(jiàn)表4。

表4　尖峰嶺林區(qū)森林景觀面積隨海拔分布特征Tab1e 4　The 1andscaPe area of Jianfeng1ing forest at different a1titudes　hm2

由表4可知，尖峰嶺林區(qū)森林景觀面積隨高程變化分布特征如下：灌木林地主要分布海拔0～1 100 m，分布無(wú)明顯趨勢(shì)，其中海拔300～500 m分布最多；混交林和喬木林地垂直分布于全部高程等級(jí)（0～1 500 m），分布呈先上升后下降趨勢(shì)，主要集中分布海拔300～900 m，其中混交林地和喬木林地分布最廣高程等級(jí)有所差別，混交林地在海拔500～700 m高程等級(jí)分布最多，喬木林地在海拔300～500 m分布最多；苗圃地全部分布海拔0～300 m；未成林造林地和無(wú)立木林地主要分布于前4個(gè)高程等級(jí) （0～900 m），未成林造林地呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，無(wú)立木林地呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，主要集中分布在海拔0～500 m，其中未成林造林地在0～300 m分布最多，無(wú)立木林地在海拔300～500 m分布最多；宜林地分布海拔0～1 100 m，范圍較廣，呈先下降后上升趨勢(shì)，其中海拔0～300 m分布最多，海拔700～900 m直降分布最少；竹林地分布海拔300～900 m，其中海拔300～700 m分布最廣，其中海拔300～500 m分布最多。

由表5可知，地形變化對(duì)尖峰嶺林區(qū)森林景觀分布特征有一定影響?；旖涣值睾蛦棠玖质羌夥鍘X林區(qū)優(yōu)勢(shì)森林景觀類(lèi)型，面積占區(qū)域總面積98%以上；竹林地和苗圃地是尖峰嶺林區(qū)劣勢(shì)森林景觀類(lèi)型，面積僅占區(qū)域森林景觀總面積0.06%。與矢量數(shù)據(jù)相比，斑塊數(shù)量和面積發(fā)生劇烈變化，其中混交林地和喬木林地變化最大，分別由2 621塊和3 215塊下降至446塊和1 100塊，面積較少約100 hm2；竹林地、苗圃地和無(wú)立木林地斑塊數(shù)量顯著變化，其中竹林地和無(wú)立木林地分別由20、60塊變化為21、63塊，苗圃地斑塊數(shù)量保持不變，但面積減少。由此表明，地形變化對(duì)不同景觀類(lèi)型的面積、斑塊數(shù)量影響差異較大，對(duì)尖峰嶺優(yōu)勢(shì)景觀類(lèi)型影響較大，對(duì)劣勢(shì)森林景觀影響較顯著，對(duì)分布于地形變化不顯著區(qū)域景觀影響較小。其三維景觀指數(shù)隨粒度變化結(jié)果見(jiàn)圖3。

表5　尖峰嶺林區(qū)三維森林景觀特征Tab1e 5　The three-dimensiona1 1andscaPe characteristics in Jianfeng1ing forest

圖3　三維景觀指數(shù)隨粒度變化情況Fig.3　The three-dimensiona1 1andscaPe index changed with different Partic1e size

由圖3可知，地形因子對(duì)尖峰嶺林區(qū)適宜景觀粒度的影響，隨著景觀粒度的不斷增加，斑塊密度、平均分維數(shù)、景觀多樣性指數(shù)和聚合度4個(gè)景觀指數(shù)折線出現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。其中斑塊密度、平均分維數(shù)和聚合度呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，表明景觀粒度的增大，尖峰嶺林區(qū)森林景觀斑塊破碎化程度呈下降趨勢(shì)，森林景觀斑塊形狀趨于規(guī)則；景觀多樣性指數(shù)折線變化趨勢(shì)較復(fù)雜，整體趨勢(shì)不明顯，表明隨著景觀粒度增加，不同粒度各景觀之間斑塊面積均衡化變化趨勢(shì)不明顯。4個(gè)景觀指數(shù)曲線變化趨勢(shì)各異，但折線中均出現(xiàn)明顯粒度轉(zhuǎn)折點(diǎn)。考慮地形因子之后，對(duì)森林景觀數(shù)據(jù)進(jìn)行不同粒度柵格化后，景觀斑塊之間的特性及屬性發(fā)生變化，導(dǎo)致景觀指數(shù)出現(xiàn)各異變化趨勢(shì)。根據(jù)景觀粒度拐點(diǎn)分布情況，選定尖峰嶺林區(qū)森林景觀粒度為90～180 m。

由圖4可知，粒度域?yàn)?0～150 m，當(dāng)柵格粒度為90～150 m時(shí)，景觀面積信息精度損失指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，由4.76劇增至9.79，又下降至9.75；當(dāng)柵格粒度為150～180 m時(shí)，景觀面積信息損失指數(shù)大幅上升至13.44。

因此，在地形因子情況下，尖峰嶺林區(qū)不同粒度景觀指數(shù)折線分析和景觀面積信息損失精度表明：尖峰嶺林區(qū)適宜的森林景觀分析粒度為150 m，該粒度能準(zhǔn)確反映尖峰嶺林區(qū)森林景觀特征。

圖4　不同粒度三維景觀類(lèi)型面積精度變化Fig.4　The Precision change of three-dimensiona1 1andscaPe area of different Partic1e size

4　結(jié)　論

本研究以海南尖峰嶺林區(qū)森林景觀為對(duì)象，利用DEM和2013年森林資源清查數(shù)據(jù)，分別對(duì)林區(qū)森林景觀二維和三維的景觀特征和景觀適宜粒度進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1）混交林是林區(qū)優(yōu)勢(shì)森林景觀，分布較廣，喬木林地斑塊數(shù)量最多，竹林地和苗圃地是劣勢(shì)森林景觀，苗圃地比竹林地分布集中，竹林地破碎度較高。

2）不考慮地形因子時(shí)，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換對(duì)不同景觀類(lèi)型的面積、斑塊數(shù)量影響差異較大?；旖涣值睾蛦棠玖值刈兓畲?，斑塊數(shù)量分別由2621塊和3 215塊下降至129塊和718塊，面積發(fā)生相應(yīng)的減少；竹林地、苗圃地和無(wú)立木林地斑塊數(shù)量沒(méi)有發(fā)生變化，與矢量數(shù)據(jù)小斑數(shù)量保持一致，但竹林地和苗圃地的面積卻減少，無(wú)立木林地面積增大。

3）尖峰嶺林區(qū)地類(lèi)景觀面積隨高程變化，灌木林地主要分布在海拔300～500 m；混交林地主要分布在海拔500～700 m，喬木林地主要分布在海拔300～500 m；苗圃地全部分布在海拔0～300 m；無(wú)立木林地主要集中分布在海拔300～500 m；宜林地海拔0～300 m分布最多，海拔700～900 m直降分布最少；竹林地海拔300～500 m分布最多。

4）地形對(duì)尖峰嶺林區(qū)景觀適宜粒度影響較小，無(wú)論是否考慮地形因素，尖峰嶺林區(qū)適宜景觀分析粒度為150 m，該粒度能準(zhǔn)確反映尖峰嶺林區(qū)森林景觀特征。

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（責(zé)任編輯韓明躍）

Forest LandscaPe Characteristics at Different A1titude and Suitab1e Partic1e Size Ana1ysis of LandscaPe in Jianfeng1ing Forest

She Yuchen1，Chen Caihong2，Chang Shuangshuang1

（1.Co11ege of Forestry，Centra1 South University of Forestry and Techno1ogy，Changsha Hunan 410004，China；2.Co11ege of Science，Centra1 South University of Forestry and Techno1ogy，Changsha Hunan 410004，China）

The PaPer studied the forest 1andscaPe in Jianfeng1ing forest with the DEM and 2013 forest resources inventory data.Researching on II andⅢdimensiona1 1andscaPe features of forest 1andscaPe and suitab1e Partic1e size of 1andscaPe.Draw the fo11owing conc1usions：mixed forest was the dominant forest 1andscaPe，distribution wide1y，the number of Patch in high forest was the 1argest，bamboo and nursery were the inferior forest 1andscaPe，distribution of nursery were more concentrated than bamboo；data format conversion effect on 1andscaPe area and Patch number，the mixed forest and high forest changed obvious1y，the Patch number of bamboo，nursery and no standing wood1and has no changes，but the area of bamboo and nursery was reduced，no standing wood1and area increased.shrubs wood1and main1y distributed at the a1titude of 300-500 m，the mixed wood1and distributed at the a1titude of 500-700 m，trees wood1and main1y distributed at the a1titude of 300-500 m，a11 of nurseries distributed at the a1titude of 0-300 m，no standing wood1and main1y concentrated distributed at the a1titude of 300-500m，suitab1e forest 1and main1y distributed at the a1titude of 0-300 m，at the a1titude of 300-500 m，the bamboo area was the 1argest.Terrain a1most has no inf1uence on suitab1e Partic1e size of 1andscaPe in Jianfeng1ing forest.The suitab1e Partic1e size of 1andscaPe was 150 m in Jianfeng1ing forest.The conc1usions Provided guidance and reference for the scientific management of Jianfeng1ing forest resources.

different a1titudes，forest 1andscaPe，suitab1e Partic1e size，Jianfeng1ing forest

S718.55

A

2095-1914（2016）04-0109-06

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.018

2016-03-14

國(guó)家林業(yè)行業(yè)公益性項(xiàng)目“南方集體林區(qū)次生林撫育間伐與高效利用技術(shù)研究”（201004032）資助；海南省林業(yè)廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目“海南省五大河流域植被恢復(fù)與保護(hù)研究”（LK20118478）資助。
第1作者：佘宇晨（1992—），男，碩士生。研究方向：林業(yè)遙感研究。Emai1：sycsuPPer@gmai1.com。

陳彩虹（1968—），女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師。研究方向：森林經(jīng)理和土地資源管理。Emai1：shejiyun@126.com。